超表达miR528增强盐胁迫下水稻幼苗K^(+)稳态

为了探究miR528是否参与维持盐胁迫条件下水稻(Oryza sativa)幼苗K;的稳态及其可能的调控机制,以miR528超表达株系miR528-OE1、miR528-OE2和T-DNA插入突变体mir528及其相应的野生型水稻为试验材料,研究盐胁迫条件下miR528的表达模式,分析盐胁迫条件下不同水稻材料的生长情况、地上部和根K;含量、根K;流速及K;通道基因的表达量。结果表明,水稻幼苗miR528受盐胁迫诱导表达。与无盐胁迫处理(对照)相比,miR528-OE1、miR528-OE2地上部和根鲜、干质量受盐胁迫抑制程度低于其野生型水稻中花11(ZH11),而突变体mir528的根鲜、干质量受盐胁迫抑制程度高于其野生型水稻Dongjin(DJ)。盐胁迫条件下,ZH11地上部、根K;含量分别下降至对照的43.41%、23.67%,miR528-OE1、miR528-OE2地上部、根K;含量均极显著或显著高于ZH11,而突变体mir528根K;含量显著低于DJ。瞬时盐胁迫迅速诱导根K;外排,在盐处理后3~4 min出现峰值,miR528-OE根K;外排的峰值明显低于ZH11,而突变体mir528根K;外排的峰值明显高于DJ。在正常条件下,与ZH11相比,miR528-OE1、miR528-OE2幼苗根GORK(Guard cell outward rectifying K;channel)基因表达量显著提高;与DJ相比,突变体mir528幼苗根GORK基因表达量显著降低。在盐胁迫处理1 h时,miR528-OE1、miR528-OE2幼苗根GORK基因表达量分别显著、极显著下降;而与DJ相比,突变体mir528幼苗根GORK基因表达量显著增加。综上,超表达miR528能提高水稻的耐盐性,提高盐胁迫条件下水稻对K;的保留能力,这可能是通过下调GORK基因的表达量来实现的。

不同生育时期水稻土壤细菌群落特征与生态功能预测

分蘖期和拔节—孕穗期是水稻产量构成要素中穗数和穗粒数形成的2个关键生育时期,氮素影响分蘖成穗和穗粒数的形成,细菌是土壤氮素循环的重要参与者。以高产水稻品种Y两优900和早丰优69为试验材料,通过设置2个氮肥施用比例(基蘖肥和穗粒肥比例分别为7∶3和6∶4),分析了分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌数量、群落特征的差异,及其与水稻产量、土壤氮素的关系。结果表明,水稻的分蘖期和拔节—孕穗期土壤细菌群落结构存在差异;分蘖期和拔节—孕穗期稻田土壤细菌优势菌门是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等。分蘖期绿弯菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高6.16百分点,酸杆菌门的相对丰度比拔节—孕穗期高2.65百分点;拔节—孕穗期的变形菌门相对丰度比分蘖期高0.69百分点,拟杆菌门相对丰度比分蘖期高1.09百分点。相关性分析发现,水稻产量与分蘖期土壤细菌数量呈显著负相关关系,而与拔节—孕穗期土壤细菌数量和全氮含量均呈显著正相关关系;有效穗数与分蘖期土壤细菌数量呈显著正相关关系,穗粒数与分蘖期、拔节—孕穗期的氨氧化潜势均呈显著正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明,稻田土壤细菌群落结构受多种因素共同影响,分蘖期土壤的铵态氮和拔节—孕穗期土壤的氨氧化潜势是显著影响稻田土壤细菌群落结构的2个环境因子。FAPROTAX功能预测进一步说明,分蘖期7∶3处理的反硝化功能增强,其中Y两优900土壤细菌的反硝化功能最强。因此,分蘖期土壤细菌数量的增加可提高水稻有效穗数。拔节—孕穗期土壤细菌参与的氨氧化作用可促进水稻穗粒数的增加。高产水稻品种Y两优900和早丰优69在不同施氮比例下,产量、有效穗数和穗粒数的形成与土壤细菌数量、群落组成及其生态功能关系密切。

沿黄稻区水稻灌浆期遮阴对产量和品质的影响及耐弱光粳稻品种筛选

水稻灌浆期经常遇到阴雨寡照天气,从而导致水稻减产和品质下降。本研究通过分析沿黄稻区近6年水稻灌浆期的气象数据发现,灌浆期日照时数减少是在该时期影响沿黄稻区水稻生产的主要气候因子;以生育期适合沿黄稻区种植的80个粳稻品种为材料,在灌浆期用65%的黑色遮阳网遮阴30 d,检测了水稻冠层顶部晴天、阴天和雨天3种天气下光、温度和湿度等生态环境,分析了灌浆期遮阴对水稻千粒重、加工品质和垩白性状的影响,并进行了耐弱光品种的筛选。结果表明遮阴后水稻冠层顶部阳光在能量和信号两个层面都发生了变化,即辐射量减少和R/FR比值降低;灌浆期遮阴后千粒重降低、糙米率、精米率和整精米率下降、垩白粒率和垩白度增加,其中对千粒重和垩白性状影响最大;以遮阴后千粒重降幅、垩白粒率和垩白度增幅为指标,通过聚类分析从中筛选出了方四落、新丰5号、早香3和小香共4个优质耐弱光品种。

水稻内颖畸形或缺失基因OsAPP1的图位克隆及表达分析

在育种基地材料中发现一株内颖畸形或缺失(abnormal or absent palea)突变体,将其命名为app1。该突变体在营养生长时期发育正常,但抽穗后突变体表现出内颖畸形(比外稃短导致颖壳不闭合,或者出现两个内稃)或缺失,其花粉育性为55.52%,结实率为6.48%,千粒重为10.811 g,种子发芽率为55.21%。以突变体app1与日本晴杂交构建了F1和F2群体,F1颖壳表型正常,F2群体出现内颖畸形和正常表型分离,内颖正常和突变表型分离比例为3∶1,表明app1内颖突变表型由单隐性核基因控制。以F2为分离群体,将app1精细定位于第3染色体上,位于分子标记ID4231和ID4246之间,遗传距离1.3 cM,对应物理距离为13.2 kb。该区段内完全包含1个开放阅读框,包含两个部分开放阅读框,经过测序分析发现候选基因LOC_Os03g11614启动子区发生点突变和245 bp缺失,qRT-PCR分析证实LOC_Os03g11614为OsAPP1基因。已有报道LOC_Os03g11614编码OsMADS1,是调控水稻花器官发育的重要明星基因,其不同位置的突变可以导致叶状颖壳和不育、以及控制籽粒大小。与3000份水稻种子资源SNP/Indel变异类型对比分析发现,突变体app1启动子的突变完全不同于现已OsMADS1研究报道突变类型,且与数据库中的自然突变类型多数不同。因此,本研究发现的app1突变体,是以往报道中从未出现的OsMADS1启动子发生突变的新型突变,且该类突变导致了其降低表达量,并产生了不同于前人研究的新表型,这为深入研究OsMADS1基因在水稻花器官发育中的功能提供了新的种质资源和思路。

播期和施氮量对中籼杂交稻群体质量、产量及氮素吸收利用的影响

以中籼杂交稻Y两优900为试验材料,研究播期[4月15日(D1)、4月30日(D2)、5月15日(D3)、5月30日(D4)、6月14日(D5)]和施氮量[0 kg/hm^(2)(N0)、150 kg/hm^(2)(N150)和300 kg/hm^(2)(N300)]对中籼杂交稻群体质量、产量和氮素吸收利用的影响,以期探寻豫南稻区最适播期和施氮量。结果表明,播期和施氮量对中籼杂交稻产量的影响均达到显著水平,产量随播期推迟先升高后降低,以D2播期最高,D5播期最低,D2播期产量较D5播期提高126.42%。D2播期产量随着施氮量的增加而升高。整体来看,D2N300处理产量最高,其次是D1N300、D2N150处理。总叶面积指数和高效叶面积指数均随播期推迟先升高后降低,总叶面积指数和低效叶面积指数均随着施氮量的增加而增加。整体来看,总叶面积指数以D3N300处理最高,其次是D4N300、D2N300处理;高效叶面积指数以D3N300处理最高,其次是D4N300、D1N300处理;低效叶面积指数以D2N300处理最高,其次是D4N300、D3N300处理。粒数叶比和粒质量叶比均随着播期的推迟而降低,且随着施氮量的增加而降低。整体来看,粒数叶比以D1N0处理最高,其次是D2N0、D3N0处理;粒质量叶比以D1N0处理最高,其次是D3N0、D2N0处理。D1、D2、D3播期抽穗期和成熟期茎叶氮含量分别较D5播期增加12.81%、14.77%、13.02%和10.64%、25.08%、30.40%,且各个播期抽穗期和成熟期茎叶氮含量均随着施氮量增加而增加。抽穗期和成熟期穗氮含量表现为D1、D2播期显著高于D3、D4、D5播期,且各个播期N150、N300处理穗氮含量总体上均高于N0处理。氮素籽粒生产效率随着播期推迟先升高后下降,N150和N300处理均以D2播期最高,D5播期最低,且N150处理氮素籽粒生产效率明显高于N300处理。综上,播期和施氮量通过调节叶面积、粒叶比、植株氮含量和氮素籽粒生产效率影响产量,中籼杂交稻Y两优900在豫南地区丰产高效的适宜播种期是4月30日(D2),适宜施氮量为150~300 kg/hm^(2)。

不同播期温光条件对籼稻产量和品质的影响

为明确豫南稻区籼稻高产优质的温光条件,采用大田试验,以3个籼稻品种(兆优5431、中浙优8号和Y两优900)为试验材料,连续2 a研究不同播期[4月15日(T1)、4月30日(T2)、5月15日(T3)、5月30日(T4)和6月14日(T5)]下籼稻抽穗至成熟的积温、累积光照时间、累积光照强度和产量及稻米加工品质、外观品质、营养品质、蒸煮品质,并进行不同播期下温光因子对籼稻稻米品质影响的冗余分析(RDA),通过温光因子的解释率找出影响豫南稻区稻米品质的关键环境因子。结果表明,随着播期的推迟,3个籼稻品种的产量、加工品质和营养品质均呈现先上升后下降的趋势,2 a均表现为T2处理产量最高,加工品质、外观品质和蒸煮品质较好,T5处理产量和品质表现最差。其中,2019年T2处理产量较T5处理提高129.4%,整精米率提高32.1%,垩白度、垩白粒率分别降低69.8%、69.9%,直链淀粉含量降低13.7%;2020年T2处理产量较T5处理提高271.0%,整精米率提高83.9%,垩白度、垩白粒率分别降低85.2%、77.6%,直链淀粉含量降低19.2%。稻米蛋白质含量则是T3处理最高,2019年和2020年T3处理较T5处理分别提高13.6%和20.0%。T2与T3处理间各品质指标差异均不显著。2 a产量均以T2处理下Y两优900最高,且其品质较好。3个品种抽穗到成熟阶段的积温、累积光照时间、累积光照强度均随着播期的推迟呈下降趋势,其中Y两优900的积温和累积光照时间下降幅度最大,兆优5431和中浙优8号下降幅度相当。RDA和解释率分析发现,水稻抽穗至成熟阶段的温光因子是造成稻米品质差异的主要环境因素,抽穗后10~20 d的累积光照时间是影响稻米品质的最主要生态因子。综上,豫南稻区籼稻以4月30日播种产量最高,且品质较好。

河南粳稻新品系的遗传多样性分析

为探究河南粳稻遗传多样性,利用水稻农艺性状和SSR分子标记对22份粳稻新品系进行遗传多样性分析。结果表明,在13对引物中共检测出40个等位基因,每个位点平均3.1个等位基因,引物多态性指数为0.208,平均遗传相似系数为0.701。8个农艺性状主成分分析发现,生育期是反映品系间差异的最主要成分。以遗传相似性系数和生育期为指标聚类分析,在欧氏距离为9处将22份粳稻新品系分为4大类。豫南粳稻的多态性位点、多态位点百分率(PPB)、Nei’s基因多样性指数(H值)、Shannon’s多态性信息指数(I值)高于沿黄粳稻,生育期比沿黄粳稻短。

水稻粒宽基因GW5和GW8功能标记的开发与多重PCR检测

水稻粒宽是衡量粒型、影响产量和品质的重要性状。本研究基于功能标记的开发,设计了水稻粒宽主效基因GW5和GW8的多重PCR检测体系,利用该体系对58份水稻新品系和品种进行鉴定。结果表明,GW5和GW8的多重PCR体系稳定、高效、重复性好。多重PCR检测发现粳稻品种津粳优2186和象牙香占等7个籼稻品种为GW5和GW8双插入型,平均粒宽2.32 mm;乐播1号和盐稻15198为GW8插入型,平均粒宽3.16 mm;其余48个品种为两基因缺失型,平均粒宽3.27 mm。研究结果为水稻粒型改良提供材料资源和分子标记检测技术手段。